JP2007513382A - Reflected light coupler - Google Patents
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Abstract
照明システムは、反射結合器によってそれぞれの光ファイバに光学的に結合された個別の発光ダイオード(LED)を有する。このとき、それぞれの光ファイバは、束ねられてもよい。LEDとその光ファイバとの間の結合効率を増大するように、反射結合器の形状を選択してもよい。反射結合器は、シートを通過するアパーチャとして、入力側で第1の形状を有し、第2の側で第1の形状とは異なる第2の形状を有するように形成されてもよい。反射結合器は、本体を通過するアパーチャとして形成されてもよく、アパーチャの内面の少なくとも第1の部分は2次元(2−D)面に従い、内面の第2の部分は3次元(3−D)面に従う。 The illumination system has individual light emitting diodes (LEDs) optically coupled to each optical fiber by a reflective coupler. At this time, the respective optical fibers may be bundled. The shape of the reflective coupler may be selected to increase the coupling efficiency between the LED and its optical fiber. The reflective coupler may be formed as an aperture passing through the sheet, having a first shape on the input side and a second shape different from the first shape on the second side. The reflective coupler may be formed as an aperture that passes through the body, wherein at least a first portion of the inner surface of the aperture follows a two-dimensional (2-D) surface and a second portion of the inner surface is three-dimensional (3-D). ) Follow the surface.
Description
本発明は、光学系に関し、さらに詳細には広範囲に発する光源からの光を光ファイバなどの対象物に結合するための結合器に関する。 The present invention relates to an optical system, and more particularly to a coupler for coupling light from a light source that emits in a wide range to an object such as an optical fiber.
照明システムは、種々の用途に用いられる。住宅および工業の用途では、光を利用することが必要な場合が多い。同様に、航空機、船舶および自動車の用途では、照明用に高強度の光ビームを必要とすることが多い。従来のライティングシステムは、電気によって出力されるフィラメントまたはアーク灯を用いてきた。これらの照明システムは、発せられた光を集光して、所期の対象物に光ビームとして向けるために、合焦レンズおよび/または反射面を備えることがある。 The illumination system is used for various applications. In residential and industrial applications, it is often necessary to utilize light. Similarly, aircraft, marine and automotive applications often require a high intensity light beam for illumination. Conventional lighting systems have used filaments or arc lamps that are output by electricity. These illumination systems may include a focusing lens and / or a reflective surface to collect emitted light and direct it as a light beam to an intended object.
しかし、一定の用途において、物理的な衝撃または損傷を受けやすい電気的接触が望ましくない環境または空間が制限される環境から光源を除去することが好都合である場合がある。そのような必要性に対して、光導波路を用いて光源からの光を所望の照射点まで案内する照明システムが開発されている。1つの現行の手法は、1つの明るい光源または一連の光源を用いて、大口径プラスチックファイバなどの光導波路の入力端を照明することである。別の手法では、単一ファイバをファイバ束に置き換えてもよい。これらの方法は一般に、場合によっては生成された光の約70%が失われるため、非効率的である。多重ファイバシステムでは、損失の一部は、ファイバ間の暗い空間に起因している。単一光導波路手法では、明るい照明用途に必要な光の量を捕捉するほど十分に大きな直径を有する光導波路は重くなることから、自由度に欠ける。 However, in certain applications, it may be advantageous to remove the light source from environments where physical impact or sensitive electrical contact is undesirable or where space is limited. In response to such a need, an illumination system has been developed that guides light from a light source to a desired irradiation point using an optical waveguide. One current approach is to use one bright light source or series of light sources to illuminate the input end of an optical waveguide, such as a large diameter plastic fiber. In another approach, a single fiber may be replaced with a fiber bundle. These methods are generally inefficient because in some cases about 70% of the generated light is lost. In multi-fiber systems, some of the loss is due to the dark space between the fibers. The single optical waveguide approach lacks flexibility because an optical waveguide with a diameter large enough to capture the amount of light required for bright illumination applications becomes heavy.
一部の照明システムは、光源としてレーザを用い、光導波路に可干渉光出力および高結合効率を活かしている。しかし、レーザ光源は、高価であり、通常は単一波長で光を生成することから、必要条件が広帯域の照明向けである場合には、あまり有用ではない。 Some illumination systems use a laser as the light source, taking advantage of coherent light output and high coupling efficiency in the optical waveguide. However, laser light sources are expensive and typically generate light at a single wavelength, so they are not very useful when the requirement is for broadband illumination.
したがって、遠隔光源を用いて、妥当なコストで高強度照明を効率的に供給することができる照明システムに対する需要がある。 Accordingly, there is a need for a lighting system that can efficiently supply high intensity illumination at a reasonable cost using a remote light source.
高強度照明システムを構築するための1つの具体的な手法は、個別の発光ダイオード(LED)からの光をそれぞれの光ファイバに結合することである。そのとき、それぞれの光ファイバは、遠隔照明出力を形成するために束ねられてもよい。各LEDとそのそれぞれの光ファイバとの間の反射結合器は、きわめて効率的な光結合を提供する。LEDとその光ファイバとの間で高い結合効率を維持するために、反射結合器の形状が重要である。 One specific approach for building a high intensity lighting system is to couple light from individual light emitting diodes (LEDs) into respective optical fibers. Each optical fiber may then be bundled to form a remote lighting output. A reflective coupler between each LED and its respective optical fiber provides highly efficient optical coupling. In order to maintain high coupling efficiency between the LED and its optical fiber, the shape of the reflective coupler is important.
本発明の一実施形態は、第1の側から第2の側に通じるアパーチャを有する本体部を備える反射結合器に関する。アパーチャの内面は、反射性である。内部反射面の第1の部分は2次元(2−D)面に従い、内部反射面の第2の部分は3次元(3−D)面に従う。2−D面は、本体の第1の側と第2の側との間で少なくとも部分的に延在する。 One embodiment of the invention relates to a reflective coupler comprising a body having an aperture leading from a first side to a second side. The inner surface of the aperture is reflective. The first part of the internal reflection surface follows a two-dimensional (2-D) surface, and the second part of the internal reflection surface follows a three-dimensional (3-D) surface. The 2-D surface extends at least partially between the first side and the second side of the body.
本発明の別の実施形態は、略反射体軸に沿って配置される第1の反射結合器を備える光学系に関する。第1の光源は、光をアパーチャに発するために、本体の第1の側の付近に配置される。第1の光ファイバは、第1の光源からアパーチャを通る光を受容するために、本体部の第2の側の付近に配置される入射面を有する。反射結合器は、第1の側から第2の側に通じるアパーチャを有する本体部から形成される。アパーチャの内面は、反射性である。内部反射面の第1の部分は2次元(2−D)面に従い、内部反射面の第2の部分は3次元(3−D)面に従う。2−D面は、本体の第1の側と第2の側との間で少なくとも部分的に延在している。 Another embodiment of the invention relates to an optical system comprising a first reflective coupler disposed substantially along a reflector axis. The first light source is disposed near the first side of the body for emitting light to the aperture. The first optical fiber has an entrance surface disposed near the second side of the body portion for receiving light passing through the aperture from the first light source. The reflective coupler is formed from a body having an aperture that leads from the first side to the second side. The inner surface of the aperture is reflective. The first part of the internal reflection surface follows a two-dimensional (2-D) surface, and the second part of the internal reflection surface follows a three-dimensional (3-D) surface. The 2-D surface extends at least partially between the first side and the second side of the body.
本発明の別の実施形態は、材料のシートを備え、当該シートの第1の面からシートの第2の面に通じるアパーチャを有する反射結合器に関する。シートの第1の面における第1のアパーチャ縁部は、第1の数の辺を有する第1の周縁形状を有し、シートの第2の面における第2のアパーチャ縁部は、第1の数の辺とは異なる第2の数の辺を有する第2の周縁部を有する。アパーチャは、第1のアパーチャ縁部と第2のアパーチャ縁部との間に延在する内部反射面を有する。 Another embodiment of the invention relates to a reflective coupler comprising a sheet of material and having an aperture that leads from a first side of the sheet to a second side of the sheet. The first aperture edge on the first surface of the sheet has a first peripheral shape having a first number of sides, and the second aperture edge on the second surface of the sheet is the first A second peripheral portion having a second number of sides different from the number of sides. The aperture has an internal reflective surface extending between the first aperture edge and the second aperture edge.
本発明の別の実施形態は、略反射体軸に沿って配置される第1の反射結合器を備える光学系に関する。反射結合器は、シートの第1の面からシートの第2の面に通じるアパーチャを有する材料のシートから形成される。シートの第1の面における第1のアパーチャ縁部は、第1の数の辺を有する第1の周縁形状を有し、シートの第2の面における第2のアパーチャ縁部は、第1の数の辺とは異なる第2の数の辺を有する第2の周縁形状を有する。アパーチャは、第1のアパーチャ縁部と第2のアパーチャ縁部との間に延在する内部反射面を有する。第1の光源は、第1のアパーチャ縁部の付近に配置される。入射面を有する第1の光ファイバは、第2のアパーチャ縁部の付近に配置される。 Another embodiment of the invention relates to an optical system comprising a first reflective coupler disposed substantially along a reflector axis. The reflective coupler is formed from a sheet of material having an aperture leading from the first side of the sheet to the second side of the sheet. The first aperture edge on the first surface of the sheet has a first peripheral shape having a first number of sides, and the second aperture edge on the second surface of the sheet is the first It has a second peripheral shape having a second number of sides different from the number of sides. The aperture has an internal reflective surface extending between the first aperture edge and the second aperture edge. The first light source is disposed in the vicinity of the first aperture edge. The first optical fiber having an entrance surface is disposed in the vicinity of the second aperture edge.
本発明の上記の概要は、本発明のそれぞれの示された実施形態またはすべての実装例を説明することを目的としていない。図面および以下の詳細な説明は、これらの実施形態をさらに詳細に具体化している。 The above summary of the present invention is not intended to describe each illustrated embodiment or every implementation of the present invention. The drawings and the following detailed description embody these embodiments in more detail.
本発明は、添付図面と共に、本発明の種々の実施形態に関する以下の詳細な説明を検討すれば、より完全に理解されるであろう。 The invention will be more fully understood upon consideration of the following detailed description of various embodiments of the invention in conjunction with the accompanying drawings.
本発明は種々の変更および代替形態に適用可能であるが、その詳細が図に一例として示され、詳細に説明される。しかし、記載された特定の実施形態に本発明を限定するわけではないことを理解すべきである。逆に言えば、添付の特許請求の範囲によって規定されるように、本発明の精神および範囲に包含されるすべての変更、代替および変形を包含するものとする。 While the invention is amenable to various modifications and alternative forms, specifics thereof have been shown by way of example in the drawings and will be described in detail. However, it should be understood that the invention is not limited to the specific embodiments described. On the contrary, it is intended to cover all modifications, alternatives, and variations encompassed within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
本発明は、光学系に適用可能であり、さらに詳細には1つ以上の発光ダイオード(LED)からの光によって対象物を照射するために有用な集光および管理システムに適用可能である。 The present invention is applicable to optical systems, and more particularly to light collection and management systems useful for illuminating objects with light from one or more light emitting diodes (LEDs).
より高い出力パワーを有するLEDがさらに容易に利用可能となりつつあり、白色光によるLED照明用の新たな用途を開拓している。高パワーLEDを用いて対応しうる用途の中には、投影およびディスプレイシステム、マシンビジョンシステムおよびカメラ/ビデオ用途およびさらに自動車の前照灯など遠距離照明システムが挙げられる。 LEDs with higher output power are becoming more readily available, opening up new uses for LED lighting with white light. Among the applications that can be addressed using high power LEDs are projection and display systems, machine vision systems and camera / video applications, and even far-distance lighting systems such as automotive headlamps.
LEDは一般に、広範囲の角度にわたって光を発することから、光学設計者にとっての課題の一つは、LEDによって生成された光の効率的な集光および選択した対象領域への集光の方向にある。一部の用途では、対象領域は光ファイバなどの光導波路への入力であるため、光を遠隔照明に用いてもよい。たとえば、一部の光源としては、光をそれぞれの多モード光ファイバに発する1つ以上のLEDが挙げられる。 Since LEDs typically emit light over a wide range of angles, one challenge for optical designers is in the direction of efficient collection of light generated by the LED and collection into a selected area of interest. . In some applications, the area of interest is an input to an optical waveguide, such as an optical fiber, so light may be used for remote illumination. For example, some light sources include one or more LEDs that emit light to each multimode optical fiber.
そのような光照明システム100の実施例が、図1に示される分解立体図に概略的に示される。システムは、整合アレイ中のそれぞれの反射結合器104によってそれぞれの光ファイバ106に光学的に結合される複数のLED102を備える。LED102は、基板103上に配置されてもよい。ファイバ106は集めて、光を1つ以上の照射装置110に搬送する1つ以上の束108にまとめられてもよい。ファイバ106は、多モード光ファイバであってもよい。LED102および反射結合器104はハウジング112に収容されてもよく、ファイバ106はファイバ実装板114を用いてそれぞれの結合器104およびLED102に近い空間アレイに保持されてもよい。システム100は、LED102に電力を供給するために連結される電源116を備えていてもよい。
An example of such a
組み立てられた光源200の実施形態の部分断面が、図2に概略的に示されている。光源200は、ヒートシンクとして用いられてもよい基部202を備える。熱伝導層204を用いて、LED206のアレイと基部202との間の熱結合を形成してもよい。板208は、LED206からそれぞれの光ファイバ214のアレイに光212を結合する反射結合器210のアレイを収容する。LED206は、それぞれの反射結合器210によってそれぞれのファイバ214に光学的に結合される。反射結合器210は、空気で満たされてもよく、またはLED206の半導体材料との界面における屈折率の変化を抑え、したがって反射損失を低減するために、光学エポキシなどの空気より屈折率の高い光透過性材料を含んでもよい。光透過性材料は、反射体210を部分的に満たしてもよく、またはLED206からファイバ214まで反射結合器210を完全に満たしてもよい。ファイバ214は、ファイバ板216によって反射結合器210のアレイに対して、所定の位置に保持されてもよい。ファイバの出力端をまとめて、照明用の光源として用いてもよい。
A partial cross section of an embodiment of the assembled
板208は、反射結合器210を形成するために、中を通るアパーチャを備えるように成形されてもよい。反射結合器の反射面は、異なる手法を用いて、たとえば、金属被覆または誘電薄膜塗装によって形成されてもよい。
The
LED206によって生成される光212の少なくとも一部の色は、可視スペクトルのより広帯域に及ぶように、1つ以上の異なる色に変換されてもよい。たとえば、LED206が青色光またはUV光を生成する場合には、蛍光体を用いて、スペクトルの可視領域の他の色帯、たとえば緑色、黄色および/または赤色の光を生成してもよい。蛍光体は、LED206の上部に含まれてもよく、ファイバへの入射部に設けられてもよく、または他の場所に設けられてもよい。色変換の効率を向上させるために、1つ以上の波長選択反射体を用いてもよい。LED206によって発せられる光212の色を変換するための蛍光体の利用については、それぞれ2003年1月27日に出願された米国特許仮出願第60/443,235号明細書、第60/443,274号明細書および第60/443,232号明細書、2003年12月2日に出願された以下の特許、「Phosphor Based Light Sources Having a Polymeric Long Pass Reflector」という名称の米国特許出願第10/726,997号明細書および「Phosphor Based Light Sources Having a Non−Planar Long Pass Reflector」という名称の米国特許出願第10/727,072号明細書にさらに記載されている。
At least some of the colors of the light 212 generated by the
LEDからファイバに光を結合するための反射結合器は、複合放物面集光器(CPC)の形状を用いてもよい。この種の反射体は、たとえば、ウェルフォード(Welford)およびウインストン(Winston)著、「High Collection Nonimaging Optics」、Academic Press,San Diego,CA,1989に記載したように、当初は太陽放射線を集光するために開発された。CPCは、可能な集光比、すなわち出力領域に対する入力領域の比が最大にきわめて近い効率的な反射集光器であることが知られている。 The reflective coupler for coupling light from the LED to the fiber may use the shape of a compound parabolic concentrator (CPC). This type of reflector initially collects solar radiation as described, for example, by Welford and Winston, "High Collection Nonimaging Optics", Academic Press, San Diego, CA, 1989. Developed to be. CPCs are known to be efficient reflective concentrators where the possible collection ratio, i.e. the ratio of input area to output area, is very close to maximum.
しかし、LEDに基づく照明システムにおける反射結合器としてCPCを用いることには複数の欠点がある。たとえば、CPCは、光源の形状とは異なる形状の対象物に光を効率的に結合することができる性能に若干制限される。多くのLEDは正方形または矩形の発光領域を有し、光ファイバは一般に円形断面を有することから、これは問題である。源および対象物の範囲が同じである場合であっても、正方形の光源から円形のファイバ対象物に結合するときには、CPCは非効率的である。単純な物理的制約から、CPCによる効率的な結合には正方形または矩形の光源の範囲がファイバの範囲より相当小さい必要があることが分かる。CPCの輪郭はCPCの中央部分の直径が両端の直径より大きいようにしてもよいことから、不可能でないにしても、成形技術を用いた反射体の大量生産を困難にするという別の問題がある。 However, there are several disadvantages to using CPC as a reflective coupler in LED-based lighting systems. For example, CPC is somewhat limited in its ability to efficiently couple light to an object having a shape different from the shape of the light source. This is a problem because many LEDs have square or rectangular light emitting areas and optical fibers generally have a circular cross section. Even when the source and object ranges are the same, CPC is inefficient when coupling from a square light source to a circular fiber object. From simple physical constraints, it can be seen that efficient coupling by CPC requires that the square or rectangular light source range be significantly smaller than the fiber range. Since the CPC contour may be such that the diameter of the central portion of the CPC is larger than the diameter at both ends, another problem is that it makes mass production of reflectors using molding techniques difficult, if not impossible. is there.
さらに、高い集光比は、必ずしもLEDからLEDの発光アパーチャより大きいアパーチャを有するファイバに光を結合することになっている反射体の有用な性能係数ではない。さらに重要なことは、光の大部分を光ファイバの有用なモードに結合する性能である。したがって、LEDから光ファイバ対象物に光を結合する際のCPCの有用性が制限される。 Furthermore, a high concentration ratio is not necessarily a useful performance factor for a reflector that is to couple light from an LED into a fiber having an aperture that is larger than the LED's emission aperture. Even more important is the ability to couple most of the light into useful modes of the optical fiber. Therefore, the usefulness of CPC in coupling light from an LED to an optical fiber object is limited.
均等拡散反射面発光体は、光をすべての角度に等しく発する発光体である。正確に均等拡散反射面でないが、LEDは本質的に略均等拡散反射面であり、光が発せられる少なくとも半球であることから、光をファイバに結合するための結合器の設計に照らして、均等拡散反射面光源を検討することは好都合である。ここで、光を光ファイバに結合するために光学結合器の設計の一態様について、図3を参照して検討する。均等拡散反射面光源302は、辺の長さaを有することから光源302の対角線の長さがa√2である正方形の形状の発光領域を有する。ファイバ304は、直径dの円形の入射アパーチャ306を有する。光源302および入射アパーチャ306は、軸308上にある。入射アパーチャ306に直接入射する光は、ファイバの開口数(NA)によって定義されるファイバの受光角θの中に入射されるものとする。空気では、NAは受光角の正弦である。この制約の下で、光源とファイバとの間の最小距離Lminは、以下の式によって与えられる。
Lmin=(a√2+d)/(2tanθ) (1)
A uniform diffuse reflection surface light emitter is a light emitter that emits light equally at all angles. Although not exactly a uniform diffuse reflector, an LED is essentially a substantially uniform diffuse reflector, and since it is at least a hemisphere from which light is emitted, it is uniform in light of the design of a coupler for coupling light into a fiber. It is convenient to consider a diffuse reflective surface light source. Now, one aspect of the design of an optical coupler for coupling light into an optical fiber will be discussed with reference to FIG. Since the uniform diffuse reflection surface
L min = (a√2 + d) / (2 tan θ) (1)
a、dおよびθに関する一例の値は、a=300μm、d=600μmであり、NA(空気中)=sin θ=0.48であり、この実施例ではLminは約936μmである。入射アパーチャ306に直接入射しない光は、別の面、すなわち反射結合器の面によって反射されてもよい。さらに、ファイバに効率的に結合される光の量を増大するために、反射面は、反射体軸に対する反射光の角度を小さくするように向けられることから、より多くの光がファイバの受光錐の中に収まる。これは、比較的鋭角が望ましいことを意味する。したがって、LEDと光ファイバとの間で高い結合効率を維持するために、反射結合器の形状は重要である。LEDから光ファイバに光を反射によって結合するための反射面の一実施例は、2003年12月2日に出願された「ILLUMINATION SYSTEM USING A PLURALITY OF LIGHT SOURCES」という名称の米国特許出願第10/726,222号明細書(米国特許公開第2004−0149998−A1号明細書)に記載されている。その詳細において、反射結合器の輪郭は放物面形状に近いと計算され、4次式によって正確に表される。
An example value for a, d, and θ is a = 300 μm, d = 600 μm, NA (in air) = sin θ = 0.48, and in this example, L min is about 936 μm. Light that is not directly incident on the
反射結合器の以下の説明において用いられる異なる面の形状を記載するために、いくつかの用語を定義することが有用である。「2次元面」または「2−D面」なる語は、面が多くとも1つの平面のみ、たとえばx−z平面またはy−z平面に曲率半径を有し、その軸に垂直な断面の形状またはサイズを変えることなく、1つの軸に沿って延ばすことができることを意味する。2−D面の例としては、平面(曲率半径は無限)、円柱面および非球面状柱面などが挙げられる。図4Aは、円柱面402を示す。非球面状柱面としては、放物柱面、楕円柱面および双曲柱面が挙げられる。放物柱面404が図4Bに概略的に示され、楕円柱面406は図4Cに概略的に示される。図4A〜図4Cに示される実施例のそれぞれにおいて、面402〜406は、x軸に平行な軸を中心とした柱面である。また、面402〜406は、それぞれの円、放物線または楕円の形状またはサイズを変えることなく、x軸に沿って延ばすことができる。
In order to describe the different surface shapes used in the following description of the reflective coupler, it is useful to define several terms. The term “two-dimensional plane” or “2-D plane” refers to the shape of a cross section whose plane has a radius of curvature in at most one plane, for example the xz plane or the yz plane, perpendicular to its axis. Or it means that it can extend along one axis without changing its size. Examples of the 2-D surface include a flat surface (the radius of curvature is infinite), a cylindrical surface, and an aspherical column surface. FIG. 4A shows a
3次元面または3−D面は、回転面または2つ以上の平面に曲率半径を有する面であり、たとえば、x−z平面およびy−z平面の両方に曲率半径を有する。回転面のいくつかの例としては、円錐、放物面、楕円面および双曲面である。2つ以上の平面に曲率半径を有する面の例としては、球面およびトロイダル面が挙げられる。以下の説明において反射面が特定の2−D面または3−D面に従うと表示されている場合には、反射面は特定の2−D面または3−D面の一部に従いさえすればよいと理解されたい。 A three-dimensional plane or 3-D plane is a plane of rotation or a plane having a radius of curvature in two or more planes, for example, having a radius of curvature in both the xz plane and the yz plane. Some examples of rotating surfaces are cones, parabolas, ellipsoids and hyperboloids. Examples of a surface having a radius of curvature in two or more planes include a spherical surface and a toroidal surface. In the following description, when it is indicated that the reflecting surface follows a specific 2-D surface or 3-D surface, the reflecting surface only needs to follow a part of the specific 2-D surface or 3-D surface. Please understand.
ここで、反射結合器を設計するための1つの手法が、図5A〜図5Kを参照して記載される。図5Aは、LEDの発光領域などの正方形の光源に対応する入力アパーチャ縁部502を概略的に示す。出力アパーチャ縁部504は、光ファイバの入射アパーチャに対応する。アパーチャ縁部502および504は、反射結合器への入力および反射結合器からの出力の基本的な形状を形成する。軸506は、反射体軸と呼ばれ、入力アパーチャ縁部502の中心と出力アパーチャ縁部504の中心との間を通る。反射体軸506は、z軸に平行である。
One approach for designing a reflective coupler will now be described with reference to FIGS. 5A-5K. FIG. 5A schematically illustrates an
反射結合器への入力の形状は、出力の形状に対して異なる数の辺を有する。先に示した実施例において、入力アパーチャ縁部502の周縁形状は正方形であり、4つの辺を有し、辺は直線部分として規定される。出力アパーチャ縁部504の周縁形状は、円形である。円は、無限数の辺を有すると一般に理解されている。したがって、入力アパーチャ縁部502は、出力アパーチャ縁部504の辺の数とは異なる複数の辺を有する周縁形状を規定する。
The shape of the input to the reflective coupler has a different number of sides with respect to the shape of the output. In the embodiment shown above, the peripheral shape of the
1つ以上の2−D面は、図5Bおよび図5Cに示されているように、入力アパーチャ縁部502に対して構成される。この特定の実施例において、2−D面は、放物柱面に適合する。放物線508はy−z平面に描かれ、入力アパーチャ縁部502の上側および下側と、出力アパーチャ縁部504の上側および下側と交差する。放物線508の実線部分は、図5Cを参照して以下に記載されるように、x軸と一直線を成す非球面状柱面の一部を含む。放物線508の破線部分は先端が切り取られており、この実施例の場合には1つの放物線が用いられることを示すためにのみ図示されている。
One or more 2-D planes are configured relative to the
図5Cは、放物柱面510aおよび510bを形成するために、+x方向および−x方向に延ばした後の図5Bの放物線508を示す。面510aおよび510bは、1つのみの方向にパワー(曲率)を有する対向する非球面である。すなわち、面510aおよび510bの曲率半径は、y−z平面にある。
FIG. 5C shows the
ここで、図5Dおよび図5Eを参照して別の2−D面の構成について述べる。図5Dにおいて、放物線512は、x−z平面に描かれ、入力アパーチャ縁部502の右側および左側の中心と、出力アパーチャ縁部504の右側および左側と交差する。放物線512の実線部分は、図5Eに示される非球面状柱面の一部に対応し、放物線512の破線部分は1つの放物線が用いられることを示すために図示されている。放物線512の実線部分は、+y方向および−y方向に延ばされ、1対の対向する非球面514aおよび514bを形成する。
Here, another 2-D plane configuration will be described with reference to FIGS. 5D and 5E. In FIG. 5D, a
図5Fは、互いに交互に配置される2−D面510a、510b、514aおよび514bを概略的に示し、図5Gは、交差点から離れた部分を取り除いた図5Fの2−D面510a、510b、514aおよび514bを概略的に示す。面510a、510b、514aおよび514bは、正方形の光源に対応する所望の入力アパーチャ縁部502に正確に適応する。しかし、対向する端部で、正方形の出力516は、円形の出力縁504にぴったり合致しない。反射結合器が2−D面510a、510b、514aおよび514bのみから形成されることになっているのであれば、円形出力縁504が2−D面510a、510b、514aおよび514bの正方形の出力516に合致しない領域518で相当量の光が失われることになる。
FIG. 5F schematically shows the 2-
したがって、2−D面のみを用いることにより、その入力縁が直線状の辺を有する形状に合致し、出力縁が円形形状を有する形状に合致する反射面になるわけではない。 Therefore, by using only the 2-D plane, the input edge does not match a shape having a straight side, and the output edge does not become a reflecting surface that matches a shape having a circular shape.
代わりに、出力縁504の円形アパーチャに合致する別の面を考える。この面は3−D面であり、具体的には、図5Hおよび図5Iを参照してここで記載されるように、反射体軸506を中心とする回転面である。示された実施形態において、放物線520は、円形の出力アパーチャ縁部504に合致し、軸506から最も遠い入力アパーチャ縁部502の部分、すなわち入力アパーチャ縁部502の隅に合致する。軸506を中心とした放物線の回転により、回転面522を形成する。面522は、入力アパーチャ縁部502によって描かれる領域の内部に当たるわけではない。
Instead, consider another surface that matches the circular aperture of the
LEDとファイバとの間を結合するために、反射結合器用の反射面として2−D面のみの集合または3−D面のみの集合のいずれかを用いることには、欠点がある。図5Gに関して上述したように、2−D面の使用はファイバに結合しない部分518を生じることから、光が失われる。したがって、2−D面のみの使用は、ファイバへの結合を減少させる結果となる。
There are drawbacks to using either a 2-D plane only set or a 3-D plane only set as the reflective surface for a reflective coupler to couple between the LED and the fiber. As described above with respect to FIG. 5G, the use of the 2-D plane results in a
回転面のみの使用もまた、ここで図6を参照して説明する理由から、ファイバへの光の結合を減少させる結果となる。反射面626および628による光604の反射に関する以下の比較を考える。一方の反射面626は、放物面522上の線526に対応し、放物面状の反射面522を表す。他方の反射面628は、出力アパーチャ縁部504から正方形の入力アパーチャ縁部502の上縁の中央まで延びる曲線528に対応する。この反射面は、面510aなどの放物柱面に対応する。
The use of only a rotating surface also results in reduced light coupling to the fiber for reasons described herein with reference to FIG. Consider the following comparison of the reflection of
光604は、各反射面626および628に入射する。面628によって反射された光は、光638として光軸506に対して角度θ1で伝搬する。面626によって反射された光は、光636として光軸506に対して角度θ2で伝搬する。面628の方がさらに鋭い角度θ1<θ2であるため、光638の方が光636よりファイバの受光角以内でファイバに入射する確率が高い。したがって、反射面628によって形成されるさらに鋭い角度は、ファイバへの結合をより大きくすることから、反射結合器の入力に少なくとも近い位置における2−D面の使用により、ファイバに結合される光の量を増大する。
LEDからファイバに光を結合する際に高い効率を確保するための1つの手法は、2−D面および3−D面の両方を組み合わせた反射面を用いることである。これについて、図5Jおよび図5Kを参照して説明する。図5Jは、入力アパーチャ縁部502と出力アパーチャ縁部504との間で広がるすべての面510a、510b、514a、514bおよび522を備えた複合物を示す。光が光軸506に対して大きな角度で光源から発せられるとき、光は回転面に対してより鋭い角度を形成する2−D面に優先的に当たることから、反射光のさらに大部分がファイバのNAに収まる。反射結合器の出力により近い点では、2−D面からファイバの形状に合致する3−D面への移行部分がある。図5Kは、図5Jに示された反射結合器の「切り落とされた」バージョンを概略的に示す。切り落とされたバージョンは、3−D面522より光軸506に近い2−D面510a、510b、514aおよび514bの部分と、2−D面510a、510b、514aおよび514bより光軸506に近い3−D面522の部分のみを含む。
One approach to ensuring high efficiency when coupling light from an LED to a fiber is to use a reflective surface that combines both 2-D and 3-D surfaces. This will be described with reference to FIGS. 5J and 5K. FIG. 5J shows a composite with all
反射面の形状を理解するのに役立つように、反射結合器の断面図が、図7A〜図7Dに提供される。図7A〜図7Cは、軸506に沿って見た反射結合器内部の断面図を示す。したがって、図7A〜図7Cに示された部分の平面は、x−y平面に平行である。図7Aは、反射結合器の入力アパーチャ縁部502における断面を示す。入力アパーチャ縁部では、2−D面はすべて回転面522より光軸506に近いため、断面の形状は2−D面510a、510b、514aおよび514bに合致する。図7Bは、入力アパーチャ縁部502と出力アパーチャ縁部504との間の約半分にある点における反射結合器の断面を示す。この点では3−D面522は、2−D面510a、510b、514aおよび514bの間の交差点より軸506に近いことから、反射結合器は「隅」では3−D面522に適合する。2−D面510a、510b、514aおよび514bの中央の平たい部分は、+x方向、−x方向、+y方向および−y方向では軸506により近いままである。図7Cは、出力アパーチャ縁部504に近い反射結合器の断面を示す。平たい部分510a、510b、514aおよび514bの幅が減少し、3−D面522の範囲が増大している。出力アパーチャ縁部では、反射結合器の断面は、3−D面522のみを含む。
To help understand the shape of the reflective surface, cross-sectional views of the reflective coupler are provided in FIGS. 7A-7D. 7A-7C show cross-sectional views of the interior of the reflective coupler as viewed along
2−D面510a、510b、514aおよび514bは、3−D面522と「交互に配置される」と表現してもよい。「交互に配置される」なる語は、反射体軸に対して垂直にとった反射結合器の少なくとも1つの断面に関して、断面の少なくとも1つの部分が2−D面に従い、断面の少なくとも別の部分が3−D面に従うことを意味する。図7Bおよび図7Cに示された断面は、断面が2−D面および3−D面の両方に従っている部分を示していることから交互に配置されていることを示している。
The 2-
軸506に対して垂直方向の反射結合器700の断面図が、図7Dに概略的に示されている。この図はまた、入力アパーチャ縁部502がLED発光体702に合致し、出力アパーチャ縁部504が光ファイバ704に合致している場合には、反射結合器700が本体710を通るアパーチャ708として形成されてもよいことを示している。光ファイバ704は、クラッディング705を有する。本体710は中を通るアパーチャ708を1つだけ有してもよく、シートのようにx方向およびy方向に延在してもよい。本体710は、一方の側から他方の側まで延在するアパーチャ708のような複数のアパーチャを有してもよい。
A cross-sectional view of
反射結合器700の反射面は、上述した2−D面および3−D面に適合する異なる部分を有する。2−D面510aおよび510bは、それぞれ反射結合器700の上部および下部にあり、この図では2−D面514bはアパーチャの後方にあることが分かる。線720は、2−D面514bと3−D面522との間の境界を示す。反射面は、出力アパーチャ縁部504に向かって次第に3−D面522によって特徴付けられる。
The reflective surface of the
反射結合器700は、その入力部および出力部で異なる形状を有し、複数の2−D面と組み合わせた回転面などの3−D面から形成される。図5A〜図5Kに関して記載された実施例では、2−D面は放物柱面であり、3−D面は放物回転面であると仮定された。本発明はこれらの形状に適合する面のみを用いることに制限されるわけではなく、他のタイプの面を用いてもよい。たとえば、2−D面は平面であってもよく、または円柱または楕円柱であってもよく、または何か他の2−D形状を帯びてもよい。また、3−D面は円錐であってもよく、または楕円であってもよく、または何か他の3−D形状を帯びてもよい。
The
さらに、上述した実施例では入力アパーチャ縁部が正方形と記載されたが、本発明は正方形の入力アパーチャ縁部に限定する意図はないことは十分に認識されよう。他の4つの辺がある入力アパーチャ縁部を用いてもよく、たとえば、入力アパーチャ縁部は矩形であってもよく、または何か他の四辺形の形状を採用してもよい。入力アパーチャ縁部は、入力部用の所望の形状に基づいて設定される。この説明のために、矩形なる語は、正方形である形状を包含するものとする。入力アパーチャ縁部はまた、直線状の辺を有する異なる形状を帯びてもよい。たとえば、入力アパーチャ縁部は、三角形、五角形、六角形などであってもよい。2−D面は、入力アパーチャ縁部の直線状の辺のそれぞれに合致するように形成されてもよい。たとえば、入力アパーチャ縁部が三角形である場合には、3−D面は3つの2−D面を組み合わせてもよい。 Further, although the input aperture edge has been described as square in the above-described embodiments, it will be appreciated that the present invention is not intended to be limited to a square input aperture edge. An input aperture edge with four other sides may be used, for example, the input aperture edge may be rectangular, or some other quadrilateral shape may be employed. The input aperture edge is set based on the desired shape for the input section. For the purposes of this description, the term rectangular includes a shape that is square. The input aperture edge may also take on different shapes with straight sides. For example, the input aperture edge may be a triangle, pentagon, hexagon, or the like. The 2-D surface may be formed to match each of the straight sides of the input aperture edge. For example, if the input aperture edge is a triangle, the 3-D surface may be a combination of three 2-D surfaces.
複数の2−D面および回転面などの3−D面に従う面を有する反射結合器は、本願明細書では2D−3D複合反射体と呼ぶ。 A reflective coupler having a surface following a 3-D surface, such as a plurality of 2-D surfaces and a rotating surface, is referred to herein as a 2D-3D composite reflector.
異なる形状を有する反射結合器の性能が、計算された。いずれの場合にも、光源は、ファイバの入射面から936μmに配置された300μmの正方形の均等拡散反射面発光体であると仮定された。ファイバコアの直径は600μmであり、そのNAは0.48であると仮定された。反射体の内部反射面は銀で覆われていると仮定され、ファイバの近い方の縁および遠い方の縁ではフレネル反射が考えられた。計算された結合効率の結果が、表Iに示されている。光源の範囲はファイバの範囲より大きいため、このモデルを用いて100%の結合効率を達成することは可能ではなかった。 The performance of reflective couplers with different shapes was calculated. In either case, the light source was assumed to be a 300 μm square uniform diffuse reflector surface emitter located 936 μm from the fiber entrance surface. The fiber core diameter was assumed to be 600 μm and its NA was 0.48. The internal reflection surface of the reflector was assumed to be covered with silver, and Fresnel reflection was considered at the near and far edges of the fiber. The calculated coupling efficiency results are shown in Table I. Since the source range is larger than the fiber range, it was not possible to achieve 100% coupling efficiency using this model.
最初の2つの幾何構成、すなわちa)単純な円錐およびb)放物面は、3−D面のみを用いて形成される反射体を表した。単純な円錐は、円形の入力アパーチャおよび出力アパーチャを備えた円錐であった。出力アパーチャはファイバの直径に合致し、入力アパーチャは光源の対角線に等しい直径を備えていた。放物面反射体は、放物回転面を備え、円形の入力アパーチャおよび出力アパーチャを備えていた。出力アパーチャはファイバの直径に合致し、入力アパーチャは光源の対角線に等しい直径を備えていた。 The first two geometries, a) a simple cone and b) a paraboloid represented a reflector formed using only the 3-D plane. A simple cone was a cone with circular input and output apertures. The output aperture matched the fiber diameter and the input aperture had a diameter equal to the diagonal of the light source. The paraboloid reflector had a paraboloid of rotation and a circular input and output aperture. The output aperture matched the fiber diameter and the input aperture had a diameter equal to the diagonal of the light source.
c)交差した放物柱面を用いて形成される反射体は、2−D面のみから形成される反射体、たとえば図5Gに示されているように、面510a、510b、514aおよび514bに適合する反射体を表す。
c) Reflectors formed using intersecting parabolic cylinder surfaces are reflectors formed only from 2-D planes, eg,
最後の2つの幾何構成d)およびe)は、2D−3D複合反射体の実施例である。実施例d)は、3−D面としての単純な円錐と交互に配置される角錐台形状を形成する4つの平面の2−D面を用いて形成されると仮定された。実施例e)は、たとえば図5Kに示されているように、2−D面が放物柱面であり、回転面が放物面であると仮定された。計算結果から分かるように、2D−3D複合反射体に関する結合効率は、単純な3−D反射体(反射体a)およびb))の結合効率より著しく高く、合成2−D反射体(反射体c))の結合効率よりも高い。 The last two geometries d) and e) are examples of 2D-3D composite reflectors. Example d) was assumed to be formed using four planar 2-D surfaces forming a truncated pyramid shape alternating with simple cones as 3-D surfaces. Example e) was assumed, for example, as shown in FIG. 5K, that the 2-D surface is a parabolic column surface and the rotating surface is a parabolic surface. As can be seen from the calculation results, the coupling efficiency for the 2D-3D composite reflector is significantly higher than the coupling efficiency of the simple 3-D reflectors (reflectors a) and b)), and is a composite 2-D reflector (reflector). higher than the coupling efficiency of c)).
説明はここまでは光源が平面状の均等拡散反射面発光体であると仮定されていた。しかし、これは必ずしも当てはまる必要はなく、光源は単純な平面より複雑な形状を有してもよい。たとえば、ノースカロライナ(North Carolina)州のクリー・インコーポレィテッド(Cree Inc.)によって製造される炭化ケイ素(SiC)LEDの「エックスブライト(XBright)(登録商標)」シリーズなどのある種の高パワーのLEDは、図8に概略的に示されているようなファセット形状を有する。LED800は上面802および斜面804を有し、それらの面はすべて光を発しうる。電気接続を容易にするために、接合パッド806を上面802上に位置決めしてもよい。LED800からの光出力の大部分は斜面804から発せられ、一部の光は上面802からも発せられる。LED軸808も示されている。
Until now, it has been assumed that the light source is a planar uniform diffuse reflector. However, this is not necessarily the case and the light source may have a more complex shape than a simple plane. For example, certain high powers such as the “XBright®” series of silicon carbide (SiC) LEDs manufactured by Cree Inc. of North Carolina. The LED has a facet shape as schematically shown in FIG. The
図8に示されるような複雑なLED幾何構成は、異なる形状を有する対象物、たとえばファイバに発せられた光を伝搬する効率のための反射体の設計に厄介な問題をもたらす。斜面は、LED軸から遠い辺により多くの光を投じやすい。さらに考慮すべきことは、LED本体が一般に、屈折率の比較的高い半導体材料から構成されることである。たとえば、SiCは2.6〜2.7の範囲の屈折率を有し、窒化ガリウム(GaN)は約2.4の屈折率を有する。これらの比較的高い値の屈折率は、LED自体の内面に入射する光の大部分を反射させ、続いて散乱、吸収またはそうでなくても失う原因となる。この影響は、空気より高い屈折率を有する材料、たとえば屈折率が約1.6の光学エポキシの中にLEDを封入することによって、部分的に緩和されてもよい。半導体LEDダイの面における屈折率の変化が結果として低減されることにより、フレネル反射損失を低減し、したがって、LEDの半導体ダイからLED内部に生成される光のより高い抽出を可能にする。 The complex LED geometry as shown in FIG. 8 presents a cumbersome problem in the design of reflectors for the efficiency of propagating light emitted into objects having different shapes, such as fibers. The slope tends to cast more light on the side far from the LED axis. A further consideration is that the LED body is generally composed of a semiconductor material having a relatively high refractive index. For example, SiC has a refractive index in the range of 2.6 to 2.7, and gallium nitride (GaN) has a refractive index of about 2.4. These relatively high values of refractive index cause most of the light incident on the inner surface of the LED itself to be reflected and subsequently scattered, absorbed or otherwise lost. This effect may be partially mitigated by encapsulating the LED in a material having a higher refractive index than air, such as an optical epoxy having a refractive index of about 1.6. The resulting change in refractive index at the surface of the semiconductor LED die reduces the Fresnel reflection loss, thus allowing for higher extraction of light generated from the LED semiconductor die into the LED.
封入材料がファイバの入力端面まで延在する場合には、ファイバへの結合を可能にするファイバ端面における入射角は、比例して小さくなる。たとえば、空気中のファイバのNAが0.48であり、LEDとファイバとの間の領域がn=1.56のエポキシで満たされる場合には、ファイバ端面における許容可能な入射角は28.7°から17.9°に小さくなる。したがって、17.9°より大きな角度でファイバに結合される光は、ファイバの中に案内されず、ファイバクラッディングで失われる。したがって、この小さくなった円錐角の中で可能な限り多くの光をファイバに向けるように反射結合器を整形することは重要である。 When the encapsulating material extends to the input end face of the fiber, the angle of incidence at the fiber end face that allows coupling to the fiber is proportionally reduced. For example, if the fiber NA in air is 0.48 and the area between the LED and the fiber is filled with n = 1.56 epoxy, the allowable angle of incidence at the fiber end face is 28.7. Decrease from ° to 17.9 °. Thus, light that is coupled into the fiber at an angle greater than 17.9 ° is not guided into the fiber and is lost in the fiber cladding. Therefore, it is important to shape the reflective coupler so that as much light as possible is directed to the fiber within this reduced cone angle.
上述の2D−3D複合反射体の実施例において、図5Kに示される面510aおよび510bなどの対向する2−D面は、その軸が反射体軸506と一致する放物柱面に適合した。これは必ずしも当てはまる必要はなく、放物柱面の軸は反射体軸と一致しなくてもよく、反射体軸に対して平行である必要もない。さらに、対向する2−D面は、異なる軸を有する面に適合してもよい。たとえば、面510aは第1の軸に関して形成され、面510b第2の軸に関して形成されてもよい。これは図9に示され、図8のLEDのような形状を有するLED930から光ファイバのコア932に光を結合するための反射結合器900を概略的に示す。ファイバのコア932は、クラッディング934によって包囲されていてもよい。
In the 2D-3D composite reflector example described above, the opposing 2-D surfaces, such as
反射結合器900は、本体部903を通るアパーチャ901として形成されてもよい。アパーチャ901は、面910a、910bおよび914bを備える複数の2−D面および回転面922に従う反射壁を有する。面910aおよび910bは、図7の面510aおよび510bと同様の態様で、図の平面に入って出るように延在する。線920は、2−D面914bと3−D面922との間の境界を示す。面910a、910bおよび914bを備える2−D面は、LED930の形にぴったり従う入射アパーチャ縁部902を形成する。この特定の実施形態において、2−D面はそれぞれ、反射体軸906からずれているそれぞれの2−D面軸を中心として形成される放物反射面に従う。たとえば、2−D面910aは、2−D面軸916aを中心として形成される放物2−D面に従う。同様に、2−D面910bは、2−D面軸916bを中心として形成される2−D面に従う。2−D面914bおよび既存の任意の他の2−D面はまた、それぞれの2−D面軸(図示せず)を中心として形成されてもよいことは十分に認識されよう。
The
2−D面軸916aおよび916bは、反射体軸906と一致する必要はなく、反射体軸906に対してずれていてもよい。2−D面軸916aおよび916bは、反射体軸906に対して平行であってもよいが、平行でなくてもよい。2−D面軸916aおよび916bは、たとえば、LED930の斜面938の中心を通過するように位置決めされてもよい。斜面938がLED930からの光出力の大部分を発する場合には、そのような配置は特に有用である場合がある。さらに、2−D面が焦点を有する場合には、焦点は斜面938の中心またはその付近に配置されてもよい。焦点を有する2−D面の例としては、放物面および楕円面が挙げられる。大部分の光を発する面の中心付近に焦点を配置することは、反射体軸906に略平行な方向において、ファイバのコア932に向ける発せられた光の部分が増大するのに好都合である。
The 2-
ファイバのコア932の端部に直接入射しない方向に斜面のファセット938から発せられる光の場合には、2−D反射体910a、910bおよび任意の他の2−D面は、反射し、ファイバのコア932に向かって光を部分的に平行化するため、ファイバのNAの中でファイバのコア932に入射する発せられた光の部分が増大する。光はまた、LED930の平面端部940からも発せられる。この光の一部はファイバ932への入力部に直接入射し、一部は反射体900から反射された後、ファイバの入力部に入射する。
In the case of light emanating from the
図8に示されているように整形されたダイを有するLEDからの光の結合効率が、異なる幾何構成を有する反射結合器の場合と比較された。特に、反射結合器の軸に沿って端部と端部を接合した2つの円錐反射体に適合する先細りの円錐反射体の結合効率が、ずれた2−D放物面および放物3−D面を有する図9に示されたような2D−3D複合反射体の結合効率と比較された。いずれの場合にも、反射結合器は、エポキシ(n〜1.56)で満たされ、ファイバに屈折率整合されると仮定された。先細りの円錐反射結合器を用いてLEDからファイバに結合された光の量が、1に正規化された。相対的に、2D−3D複合反射体900を用いてファイバに結合された光の正規化された量は、約1.7であると計算された。言い換えれば、2D−3D複合反射結合器900は、ファイバに光を結合する際に、先細りの円錐反射体より70%効率がよかった。
The coupling efficiency of light from an LED with a shaped die as shown in FIG. 8 was compared to that of a reflective coupler with a different geometry. In particular, the coupling efficiency of a tapered conical reflector adapted to two conical reflectors joined end to end along the axis of the reflective coupler results in an offset 2-D paraboloid and paraboloid 3-D. It was compared with the coupling efficiency of a 2D-3D composite reflector as shown in FIG. In either case, the reflective coupler was assumed to be filled with epoxy (n˜1.56) and index matched to the fiber. The amount of light coupled from the LED to the fiber using a tapered conical reflective coupler was normalized to 1. In comparison, the normalized amount of light coupled to the fiber using the 2D-
本発明は、上述の特定の実施例に限定されるものと考えるべきではなく、添付の特許請求の範囲に完全に記載されているように、本発明のすべての態様を包含するものと考えるべきである。本発明を適用可能であると考えられる種々の変更、等価な方法、ならびに種々の構造は、本願明細書を検討すれば、本発明に関係する当業者には容易に明白となるであろう。特許請求の範囲は、そのような変更および装置を包含することを意図している。 The present invention should not be construed as limited to the particular embodiments described above, but should be construed as encompassing all aspects of the invention as fully set forth in the appended claims. It is. Various modifications, equivalent methods, and various structures that may be applicable to the present invention will be readily apparent to those of skill in the art to which the present invention relates upon review of this specification. The claims are intended to cover such modifications and devices.
Claims (44)
光を前記アパーチャに放出させるために、前記本体部の前記第1の側の付近に配置される第1の光源と、
前記第1の光源から前記アパーチャを通る光を受容するために、前記本体部の前記第2の側の付近に配置される入射面を有する第1の光ファイバと、を備える光学系。 A first reflective coupler formed from a body portion having an aperture disposed substantially along the reflector axis and leading from the first side to the second side, wherein the inner surface of the aperture is reflective; At least a first portion of the internal reflection surface follows a two-dimensional (2-D) surface, at least a second portion of the internal reflection surface follows a three-dimensional (3-D) surface, and the 2-D surface is the main body. A first reflective coupler extending at least partially between the first side and the second side of a section;
A first light source disposed near the first side of the body portion for emitting light to the aperture;
An optical system including a first optical fiber having an incident surface disposed in the vicinity of the second side of the main body for receiving light passing through the aperture from the first light source.
前記第1のアパーチャ縁部の付近に配置された第1の光源と、
前記第2のアパーチャ縁部の付近に配置された入射面を有する第1の光ファイバと、を備える光学系。 A first reflective coupler formed from a sheet of material disposed substantially along the reflector axis and having an aperture leading from a first side of the sheet to a second side of the sheet, the first of the sheets The first aperture edge on one surface defines a first peripheral shape having a first number of sides, and the second aperture edge on the second surface of the sheet is a second number of sides And the first number of sides is different from the second number of sides, and the aperture is defined between the first aperture edge and the second aperture edge. A first reflective coupler having an internal reflective surface extending therebetween;
A first light source disposed in the vicinity of the first aperture edge;
And a first optical fiber having an incident surface disposed in the vicinity of the second aperture edge.
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